以沙棘为研究对象,通过RACE、基因克隆和定量PCR技术,克隆并分析沙棘磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因(PEPCK)的序列信息,以及进化树构建和氨基酸的二级结构分析,比较NaCl胁迫后PEPCK基因的表达变化,为揭示PEPCK基因在沙棘抗性方面的功能研究奠定基础.结果显示:(1)成功克隆了沙棘PEPCK基因,该基因开放阅读框(ORF)为2 001 bp,编码666个氨基酸.(2)序列分析表明,沙棘PEPCK与蓖麻、黄顶菊、核桃等序列一致性高达85％以上;进化上沙棘PEPCK基因与蓖麻和狭叶羽扇豆较近,与烟草、拟南芥进化关系较远.(3)在300 mmol·L-1 NaCl盐胁迫下,沙棘PEPCK基因表达在胁迫组中显著上升,胁迫后7d时为未处理的2.5倍,15d时达到未处理的3.2倍.研究表明,沙棘PEPCK基因在沙棘适应外源盐胁迫的过程中可能发挥了重要作用.

[目的]外来植物黄顶菊对生态环境和农业经济造成了严重危害,了解黄顶菊与3种不同本地植物种植生长对丛生菌根(AM)真菌群落结构和多样性造成的影响,可以从土壤微生物角度进一步解释黄顶菊的入侵机制.[方法]通过同质园小区试验模拟黄顶菊入侵的生态进程,以黄顶菊和3种本地植物狗尾草、藜、黄香草木樨为研究对象,采用AM真菌的形态学鉴定方法,研究黄顶菊与3种本地植物不同种植方式对AM真菌群落结构和多样性的影响.[结果](1)黄顶菊根际土壤聚集的AM真菌种类与其伴生本地植物种类有关:黄顶菊与狗尾草混种处理中优势种为网状球囊霉和根内球囊霉,而黄顶菊分别与藜、草木樨混种处理中优势种均为网状球囊霉、根内球囊霉和缩球囊霉;(2)黄顶菊分别与狗尾草和黄香草木樨混种处理中AM真菌种类既高于本地单种处理,也高于黄顶菊单种处理,说明随着黄顶菊的入侵和地上植物多样性的改变,AM真菌种类也发生改变;(3)与3种本地植物单种相比,黄顶菊各混种处理和黄顶菊单种处理中黄顶菊根际土壤根内球囊霉的重要值均增加,表明黄顶菊入侵有利于根内球囊霉的生长和发育.[结论]黄顶菊入侵改变了根际土壤AM真菌的群落结构和多样性,AM真菌的改变既与本地植物种类有关,也与入侵程度有关.

[目的]黄顶菊是20世纪90年代入侵我国的恶性外来杂草,近年来呈快速扩散蔓延趋势.全面解析黄顶菊在我国的扩散动态对制定早期监测预警等管理措施具有重要意义.[方法]通过查阅文献和标本记录及实地调查等途径重建了黄顶菊在我国扩散的历史过程,分析了其地理分布格局及其主要扩散路线,以及最早入侵地与传入途径.[结果]黄顶菊最早入侵河北省南部的邯郸、衡水,其后主要沿公路扩散蔓延,71％的分布点在距入侵地国道等主要公路2 km的范围内.目前,该杂草已从最初的入侵地向北扩散到天津市,向东扩散到山东省东营市,向西扩散到了山西省黎城市,向南扩散到了河南省开封市.黄顶菊向4个方向扩散的直线距离不等(100～350 km),这种差异与自然屏障和扩散通道相关.太行山脉是黄顶菊向西扩散的地理屏障,但这个屏障已逐渐被突破.至今,黄顶菊已入侵华北地区5个省市(河北、山东、天津、河南和山西)的100余个县.[结论]黄顶菊在我国仍处于快速扩散阶段,未来应该会继续沿公路向南和向西蔓延.因此,亟需在扩散的前沿地带开展监测预警工作,以抑制其在我国的进一步扩散.

随着全球化进程的发展,生物入侵的危害日趋严重(Paini et al.,2016). 生物入侵的防控已成为21世纪全球各国政府关注的主要问题和科学研究的热点. 中国已成为世界上生物入侵危害最为严重的国家之一(万方浩等,2011). 外来生物入侵已经对我国的生态环境和农业生产造成了极大危害,而且还在随着国际交流的发展不断增强(万方浩等,2009). 由于我国地理环境多样,为不同物种的入侵提供了天然生境. 因此,我国不同地区存在着不同的入侵物种,这些物种对当地的生态系统造成了极大危害. 其中,紫茎泽兰Ageratina adenophora ( Sprengel ) R. King & H. Robinson、豚草 Ambrosia artemisiifolia L.、空心莲子草 Alternanthera philoxe-roides ( Mart.) Griseb.、薇甘菊 Mikania micrantha Kunth、黄顶菊Flaveria bidentis (L.) Kuntze.

[目的]外来植物的入侵能力与其性状之间的关系是入侵生态学中的基本问题之一.外来植物成功入侵具备哪些植物功能性状,一直是研究的热点问题,研究和把握这些性状对外来植物的入侵机理研究具有重要的现实意义.[方法]利用同质园实验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置不同的植物(或组合)与黄顶菊竞争处理,研究不同植物(组合)对黄顶菊植物功能性状的影响,从而探究不同植物对黄顶菊的抵御能力.[结果]地肤、苘麻、苏丹草和苏丹草与地肤、黄花草木樨组合对黄顶菊有一定抑制作用,混种处理中黄顶菊的生物量、分枝数、株高显著低于黄顶菊单种处理,且对叶片功能性状、根功能性状、植株的全C和全N量等都有一定程度的影响.而反枝苋、反枝苋和紫花苜蓿组合对黄顶菊的生长有一定的促进作用,混种处理中黄顶菊的生物量与全C、全N含量较单种黄顶菊显著增加.[结论]不同植物与黄顶菊竞争生长对黄顶菊的影响不同,地肤和苘麻可以显著地抑制黄顶菊的主要功能性状生长发育,而反枝苋和紫花苜蓿促进黄顶菊生长发育.

目的 药用植物岗梅Ilex asprella含有多种活性磺化三萜类成分,克隆岗梅中的磺酸基转移酶编码(sulfotransferase,ST)基因,以了解其独特的磺化机制.方法 利用RT-PCR技术,由岗梅叶片RNA扩增获得了2个可能的磺酸基转移酶基因IaST1和IaST2,利用生物信息学工具对其进行分析,并将其转化至大肠杆菌E.coli进行原核表达.结果 序列分析显示,IaST1与IaST2各包含1个开放阅读框,分别长1 002 bp和993 bp,编码333和330个氨基酸,理论相对分子质量为55 500和54 700.二者均具有ST的5个保守结构氨基酸序列,与黄顶菊Flaveria bidentis的黄酮醇C-3磺酸基转移酶亲缘关系较近.SDS-PAGE显示在E.coli中成功表达了IaST1和IaST2蛋白.结论 首次从岗梅中克隆了ST基因,为后续阐明其功能及其在岗梅三萜磺化中的作用奠定了基础.

为明确黄顶菊对入侵地植物群落和土著植物生理生长的影响机制,采用同质园试验对入侵和非入侵土壤的植物群落开展了整个生育期动态监测,并分析了黄顶菊入侵对狗尾草、羽叶鬼针草、灰绿藜、地肤4种土著植物生长和生理特征的影响规律.结果 表明:黄顶菊入侵土壤植物群落多样性指数低于非入侵地,且有季节性差异,随生育期的推进差异逐渐减小;黄顶菊对本地植物的生长指标有显著影响(P＜0.05),随时间变化显著,但存在物种差异;4种植物的净光合速率(Pn)、气孔导度(Cd)、蒸腾速率(Tr)在非入侵土壤生长显著高于入侵地土壤(P＜0.05);而4种植物在入侵土壤生长的比叶面积(SLA)、比根长(SRL)、比根面积(SRA)显著高于本地土壤(P＜0.05).综上,黄顶菊入侵抑制了本地植物的光合效率,减少了生物量的积累,导致本地植物群落的生物多样性水平降低,但表现出季节差异;不同物种对黄顶菊入侵胁迫的响应表现种间特异性,为理解入侵种对群落结构影响和实现入侵生境恢复提供了理论依据.

[目的]了解河北3个不同地区(邯郸、衡水和沧州)菊科入侵植物黄顶菊和其本地伴生植物苍耳光合特性的差异,探讨黄顶菊与本地种对环境光强变化产生的响应机制,综合分析入侵植物的光合特性及其与叶片特性之间的相关性.[方法]采用Li-6400便携式光合测定仪测定黄顶菊和苍耳叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等指标,并比较分析入侵植物与本地种光合特性及叶片特性的差异.[结果]3个地区的2种植物光饱和点均高于1200μmol·m-2·s-1,且邯郸和衡水地区的黄顶菊光饱和点显著高于本地种苍耳达221.8％、122.9％;3个地区黄顶菊的光补偿点显著低于苍耳,而最大净光合效率则显著高于苍耳,但叶绿素含量差异并不显著;除邯郸地区外,黄顶菊的比叶面积、光合氮利用效率均要显著高于苍耳,各地区黄顶菊的叶片氮含量、叶片磷含量、光合能量利用效率均显著高于本地种.相关分析表明,叶片最大净光合速率与叶片建成成本、叶片氮含量、叶片磷含量、光合能量利用效率以及光合氮利用效率显著正相关(P<0.05);比叶面积与光合能量利用效率呈显著正相关(P<0.05),与光合氮利用效率呈极显著正相关(P<0.01).[结论]黄顶菊在同一环境条件下比苍耳有着更高的光合速率、光合能量利用效率以及光合氮利用效率,成为其具备高入侵性的生理基础.

为明确不同入侵地植物群落和土壤生态对黄顶菊入侵的反馈机制,选取天津静海(JH)、河北沧州(CZ)、河北衡水(HS)及河南安阳(AY)4个黄顶菊入侵典型区域,研究黄顶菊对不同入侵地植物群落多样性、土壤理化及土壤微生物群落结构的影响,并进一步揭示植物群落、土壤养分和土壤微生物之间的相关关系.结果 表明,黄顶菊入侵显著降低了JH、CZ和HS的植物群落多样性指数(P＜0.05),改变了四个地区的土壤理化性质,显著升高了不同入侵地真菌PLFA的含量、总PLFA的含量、真菌/细菌和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌(P＜0.05),降低了土壤微生物的Margalef丰富度指数(P＜0.05),但均存在地区间差异;RDA和相关分析的结果表明,硝态氮、全氮的含量对植物群落的影响较大,而铵态氮的含量对土壤微生物群落结构的影响较大,除丰富度指数外,植物群落与土壤微生物群落的多样性指数之间存在显著的负相关关系(P＜0.05).总之,黄顶菊改变了入侵地植物群落多样性,并且对入侵地土壤理化性质和土壤微生物群落结构产生了显著影响,且存在地区差异.本研究将为更好的理解外来植物的入侵机制及制定相应的防控策略提供理论依据.

[目的]不同植物对外来入侵植物的抵御能力不同,研究不同植物对入侵植物根际土壤生态的影响可为筛选入侵植物的竞争替代植物提供科学依据.[方法]利用同质园试验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置黄顶菊单种、黄顶菊与不同植物(地肤、苘麻、苏丹草、反枝苋)混种处理,采用磷脂脂肪酸分析方法来研究不同植物对黄顶菊根际土壤微生物群落结构的影响,并结合土壤养分的变化探究不同植物对黄顶菊根际土壤生态的影响.[结果]与黄顶菊单种相比,地肤和苘麻降低了黄顶菊根际微生物的总含量,改变了黄顶菊根际微生物群落结构.地肤、苘麻能竞争性抑制黄顶菊对铵态氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长.[结论]不同植物的抵御能力与其土壤生态有关,替代植物通过改变黄顶菊根际土壤微生物,抑制黄顶菊对氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长,实现对黄顶菊的替代控制.